JPH0359414A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、コリオリカによって発生される変位を電気信
号に変換することにより角速度を検出する角速度センサ
に関するものである。

（従来の技術） この種の角速度センサは、従来一般に第５図に示す回路
構成となっている。すなわち角速度センサは、断面方形
の柱状の金属ビームからなり、その主要面１ａ乃至１ｄ
に第６図に示すように駆動用、検出用、フィードバック
用及びダンピング用圧電トランスジューサ２ａ乃至２ｄ
がそれぞれ付着された振動体ｌと、上記駆動用圧電トラ
ンスジユーザ２ａを駆動する駆動アンプ３と検出用圧電
トランスジューサ２ｂによって検出した検出信号を増幅
する検出アンプ４と、該検出アンプ４で増幅した検出信
号を復調する復調器５とからなり、フィードバック用圧
電トランスジューサ２ｃからの検出信号は上記駆動アン
プ３に帰還され、上記ダンピング用圧電トランスジュー
サ２ｄに上記検出アンプ４からのダンピング信号が入力
されるようになっている。なお、振動体ｌは図示しない
支持部材によって振動不動点において支持されている。

上述した構造の角速度センサでは、駆動アンプ３によっ
て主要面１ａの駆動用圧電トランスジューサ２ａが正弦
波信号により駆動されると、この駆動用圧電トランスジ
ューサ２ａによって振動体ｌが振動される。このとき、
振動体１の長平方向の軸Ｙの回りに角速度が加わってい
ると、加わっている角速度の大きさに比例した大きさで
、かつ上記振動体１の振動周波数で正弦波的に変化する
力（コリオリカ）が上記主要面（駆動面）ｌａと直角な
方向に発生し、このコリオリカよって振動体１には駆動
方向と直角の方向に駆動と同じ周波数の振動が発生され
る。このコリオリカによって振動体１に誘起された振動
は上記駆動面１ａに直角な主要面１ｂに付着された検出
用圧電トランスジューサ２ｂによって検出され、その出
力にこの検出した振動の大きさに応じた大きさの検出信
号が発生される。この検出信号は検出アンプ４によって
増幅された後、復調器５に入力されて復調され、その出
力に角速度の大きさ及び方向にそれぞれ応じた大きさ及
び極性の直流信号が発生される。

従って、この復調器５の直流信号によって角速度の大き
さ及び方向を検知することができるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来の角速度センサでは、振動体ｌにその長手
方向の軸の回りに角速度が加わり、コリオリカが発生し
たときに検出用圧電トランスジューサ２ａから得られる
検出信号の変化量が小さく、そのためセンサの感度が小
さいという問題があった。

また、周囲環境の温度が変化したとき、圧電トランスジ
ューサの焦電効果によって電荷が発生し、該電荷による
成分が検出信号に誤差成分として重畳されるようになる
ため、この角速度センサを使用したシステムの誤動作に
つながると言う問題もあった。

よって本発明は、上述した従来のものの問題点に鑑み、
コリオリカによって生じる検出信号の信号振幅の変化量
を増大して角速度人力に対する感度を向上することがで
き、かつ周囲環境の温度が変化しても検出信号に誤差成
分が重畳されることがないようにした角速度センサを提
供することを課題としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記Ｒ＃１Ｎを解決するため本発明により威された角速
度センサは、柱状の金属ビームからなる振動体の１つの
主要面を駆動用圧電トランスジューサにより駆動し、コ
リオリカにより発生される変位を上記主要面に直交する
主要面の検出用圧電トランスジューサにより電気信号に
変換して角速度を検出するようにした角速度センサにお
いて、前記駆動用圧電ｔランスジューサにより駆動され
る主要面に直交する２つの主要面にそれぞれ検出用圧電
トランスジューサを設け、該２つの検出用圧電トランス
ジューサの検出信号を加算して出力するようにしたこと
を特徴としている。

また、本発明の角速度センサは、前記２つの検出用圧電
トランスジューサが前記主要面の略対称な位置に極性が
互いに逆になるように設けられかつ互いに短絡されてい
ること、又は前記２つの検出用圧電トランスジューサの
各々の検出信号を復調する復調手段と、該復調手段の出
力信号を加算する加算手段とを備えることを特徴として
いる。

〔作　用〕

上記構成において、駆動用圧電トランスジューサにより
駆動される主要面に直交する２つの主要面にそれぞれ設
けられた検出用圧電トランスジューサの検出信号を加算
して出力するようにしているため、１つの検出用圧電ト
ランスジューサの場合に比べてコリオリカによる検出信
号の振幅変化量は倍増される。

また、各圧電トランスジューサの焦電効果によって発生
される誤差成分が加算によって相殺され、焦電効果によ
る誤差成分が検出信号に混入することが防止される。

また、相対向する主要面の略対称な位置に極性が互いに
逆になるように設けた２つの検出用圧電トランスジュー
サを互いに短絡して検出信号を加算しているため、簡単
な構成によって目的を達成することができる。

或いは２つの検出用圧電トランスジューサの各々の検出
信号を対応する復調手段で復調した後、加算手段で加算
するようにしているため、２つの検出用圧電トランスジ
ューサの出力が同位相でなくても誤差成分の相殺を行う
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、第
５図及び第６図について上述した従来のものと同等の部
分には同一の符号を付しである。

第１図は本発明による角速度センサの一実施例を示す回
路図であり、振動体ｌはその主要面１ａ乃至１ｄに駆動
用、第１の検出用、フィードバック用及び第２の検出用
圧電トランスジューサ１２ａ乃至１２ｄがそれぞれ付着
され、第１及び第２の検出用圧電トランスジューサ１２
ｂ及び１２ｄは電気特性が等価で、振動体ｌの主要面１
ｂ及びｌｄの略対称な位置に極性が図示のように互いに
逆になるように付着され、かつリード線１３によって短
絡されている。これ以外の部分は第５図について上述し
た従来のものと同一である。

以上の構成において、駆動用圧電トランスジューサ２ａ
が正弦波信号により駆動されて振動体ｌが振動されると
、第１及び第２の検出用圧電トランスジューサ１２ｂ及
び１２ｄはその出力に互いに同位相で、しかも共に駆動
信号に対して＋９０゜又は−９０°位相差のある電圧信
号を発生する。

ここで振動体１の長手方向の軸の回りに角速度が加わっ
ていると、加わっている角速度の大きさに比例して変化
するコリオリカが上記主要面（駆動面）ｌａと直角な主
要面１ｂの方向に発生し、このコリオリカよって振動体
１は第２図に示すようにひずむ。この結果、第１及び第
２の検出用圧電トランスジューサ１２ｂ及び１２ｄには
共に、同図に示すように、アースされた振動体ｌに対し
て十の電荷が発生される。従って、この第１及び第２の
検出用圧電トランスジューサ１２ｂ及び１２ｄにおいて
発生された電荷は両者を短絡しているリード線１３にお
いて加算され、検出信号として検出アンプ４に入力され
るようになり、コリオリカによる検出信号の振幅変化量
は従来に比べ倍増される。

また、圧電トランスジューサの焦電効果によっては、第
３図に示すように、第１の検出用圧電トランスジューサ
１２ｂで十電荷が、第２の検出用圧電トランスジューサ
１２ｄで一電荷が同量発生されるようになるが、両圧電
トランスジェーサ１２ｂ及び１２ｄが短絡されているた
め、焦電効果によって発生される電荷は相殺され、焦電
効果による誤差成分が検出信号に混入することが防止さ
れる。

上述した実施例では第１及び第２の検出用圧電トランス
ジューサ１２ｂ及び１２ｄをリード線１３によって短絡
しているが、他の構成としては第４図のものが考えられ
る。

第４図の角速度センサにおいては、第１の検出用圧電ト
ランスジューサ１２ｂからの検出信号は第１の検出アン
プ１４ａに、第２の検出用圧電トランスジューサ１２ｄ
からの検出信号は第２の検出アンプ１４ｂにそれぞれ入
力されている。第１及び第２の検出アンプ１４ａ及び１
４ｂでそれぞれ増幅された第１及び第２の検出用圧電ト
ランスジューサ１２ａ及び１２ｂからの検出信号は、第
１及び第２の復調器１５ａ及び１５ｂにそれぞれ入力さ
れ、ここで第１及び第２の検出用圧電トランスジューサ
１２ａ及び１２ｂからの検出信号が復調される。復調器
１５ａ及び１５ｂは、振動体ｌに加わっている角速度に
応じた大きさの直流信号をそれぞれ出力し、これを加算
器１６の各入力に印加する。加算器１６はその両人力に
印加される第１及び第２の検出用圧電トランスジューサ
１２ａ及び１２ｂからの検出信号を加算して出力する。

以上の槽底において、駆動用圧電トランスジューサ２ａ
が正弦波信号により駆動されて振動体１が振動されてい
るとき、振動体ｌの長手方向の軸の回りに角速度が加わ
っていると、加わっている角速度の大きさに比例して変
化するコリオリカによって振動体ｌがひずみ、第１及び
第２の検出用圧電トランスジューサ１２ｂ及び１２ｄの
両方には、アースされた振動体１に対して十の電荷が発
生される。このため復調器１５ａ及び１５ｂの出力信号
は入力される角速度に応じて同極性方向に変化し、従っ
て加算器１６の出力には２つの検出用圧電トランスジュ
ーサ１２ａ及び１２ｂの出力の検出信号を単純に加算し
た信号が発生され、コリオリカによる検出信号の振幅変
化量は従来に比べ倍増される。

また、周囲の温度変化時に２つの検出用圧電トランスジ
ューサ１２ａ及び１２ｂにおいて焦電効果によって発生
される電荷は互いに逆極性となり、復調器１５ａ及び１
５ｂの出力信号も逆極性方向に変化するので、その変化
は加算器１６において相殺され、焦電効果による誤差成
分が検出信号に混入することが防止される。

上述した第４図の実施例では、第１及び第２の検出用圧
電トランスジューサ１２ａ及び１２ｂの検出信号をそれ
ぞれ復調器１５ａ及び１５ｂによって復調した後加算す
るようにしているので、両方の検出信号が完全に同位相
でなくても何ら問題ない、この点第１図の実施例では、
第１及び第２の検出用圧電トランスジューサ１２ａ及び
１２ｂを短絡しているので、両者の検出信号は完全に同
相でなければならない。

なお、上述したように第２の検出用圧電トランスジュー
サ１２ｄを主要面１ｄに付着することによって、従来あ
ったダンピング用圧電トランスジューサがなくなるが、
ダンピング機能がなくても十分な出力特性が得られ、実
用上問題ない。

〔効　果〕

以上説明したように本発明によれば、駆動用圧電トラン
スジューサにより駆動される主要面に直交する２つの主
要面にそれぞれ設けられた検出用圧電トランスジューサ
の検出信号を加算しているため、コリオリカによる検出
信号の振幅変化量が倍増され、焦電効果によって発生さ
れる誤差成分が相殺され、誤差成分が検出信号に混入す
ることが防止される。

また、２つの検出用圧電トランスジューサを設け、かつ
互いに短絡しているだけであるので、構成が簡単であり
、或いは２つの検出用圧電トランスジューサの各々の検
出信号を対応する復調した後加算しているため、２つの
検出用圧電トランスジューサの出力が同位相でなくても
誤差成分の相殺を行うことができる。

よって、コリオリカによって生じる検出信号の信号振幅
の変化量を増大して角速度入力に対する感度を向上する
ことができ、かつ周囲環境の温度が変化しても検出信号
に誤差成分が重畳されることかないようにした角速度セ
ンサがえられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による角速度センサの一実施例を示す回
路図、 第２図及び第３図は第１図の角速度センサの作用を説明
するための説明図、 第４図は本発明の各速度センサの他の実施例を示す回路
図、 第５及び第６図は従来の角速度センサ及び該センサに使
用している振動体の一例をそれぞれ示す回路図及び断面
図である。 ■・・・振動体と、ｌａ、ｌｂ、ｌｄ・・・主要面、１
２ａ・・・駆動用トランスジューサ、１２ｂ・・・第１
の検出用圧電トランスジューサ、１２ｂ・・・第２の検
出用圧電トランスジューサ、１３・・・リード線、１５
ａ・・・第１の復調器、１５ｂ・・・第２の復調器、１
６・・・加算器。 ＤＣハ０マー 第 図 ３ 第 図 第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）柱状の金属ビームからなる振動体の１つの主要面
   を駆動用圧電トランスジューサにより駆動し、コリオリ
   カにより発生される変位を上記主要面に直交する主要面
   の検出用圧電トランスジューサにより電気信号に変換し
   て角速度を検出するようにした角速度センサにおいて、 前記駆動用圧電トランスジューサにより駆動される主要
   面に直交する２つの主要面にそれぞれ検出用圧電トラン
   スジューサを設け、該２つの検出用圧電トランスジュー
   アの検出信号を加算して出力するようにした、 ことを特徴とする角速度センサ。
2. （２）前記２つの検出用圧電トランスジューサが前記主
   要面の略対称な位置に極性が互いに逆になるように設け
   られかつ互いに短絡されている、ことを特徴とする請求
   項（１）記載の角速度センサ。
3. （３）前記２つの検出用圧電トランスジューサの各々の
   検出信号を復調する復調手段と、 該復調手段の出力信号を加算する加算手段とを備える、 ことを特徴とする請求項（２）記載の角速度センサ。